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高速公路RFID多義性路徑識別系統解決方案
作者：RFID世界網 收編
來源：21IC電子網
日期：2010-06-11 09:07:20
摘要：聯網收費是目前各省路網收費的大趨勢，大部分省份都已實施了基于IC卡的路網收費系統。在聯網收費系統中，精確拆分帳和結算是保證各高速公路業主利益的關鍵，而完整的、清晰的行車路徑數據是實現精確拆分帳的基礎。
聯網收費是目前各省路網收費的大趨勢，大部分省份都已實施了基于IC卡的路網收費系統。在聯網收費系統中，精確拆分帳和結算是保證各高速公路業主利益的關鍵，而完整的、清晰的行車路徑數據是實現精確拆分帳的基礎。目前高速公路網日趨發達，在同一路網中，從相同的起點出發，到達相同的目的地，可以有多條不同的路徑（多義性路徑）供選擇，而目前的收費系統只能識別起點信息和目的地信息，沒有路徑信息，無法按實際行車路徑來結算，造成高速公路業主利益分配不均，成為聯網收費的一大問題—多義性路徑識別問題。
金溢科技的高速公路RFID多義性路徑識別系統綜合了射頻識別技術和IC卡技術的優點，采用無線路徑自動標識方式精確記錄車輛在路網內的行駛路徑，有效解決了路網收費系統多義性路徑識別問題，能同時實現路網收費應用功能和多義性路徑識別應用功能。
本系統由車載電子標簽（OBU）、桌面讀寫機具（ODU）和路側天線設備（RSU）組成。其中，車載電子標簽由微處理器、存儲單元、射頻模塊、天線單元、高能電池、IC卡等構成，具有433MHz無線通信功能和IC卡功能。桌面讀寫機具由微處理器、射頻模塊、天線單元、IC卡讀寫模塊、IC卡讀寫天線、上位機通信模塊、電源等組成，具有433MHz無線通信功能和IC卡讀寫功能。路側天線設備由微處理器、射頻模塊、功率放大器、天線單元、遠程控制模塊、電源模塊組成，具有433MHz無線通信功能。
整個系統具有通信距離遠、靈敏度高、可靠性高、成本低的優勢，此外，系統工作流程與現有電子收費模式兼容，可通過對現有IC卡收費系統的升級來實現，顯著節省投資。
本系統方案的優點具體表現在以下方面：
1) 綜合射頻識別技術和IC卡技術的優點，能精確記錄車輛行駛路徑并且使系統工作流程與現有收費模式兼容，非常適合存在多義性路徑的復雜路網收費。
2) 本系統的實施可通過在現有IC卡收費系統基礎上平滑升級來實現，并可與IC卡同時在路網內混合使用，有效保護原有投資。
3) 本系統采用了433MHz無線鏈路進行通信，具有通信距離遠、饒過障礙物能力強的特點，且屬于公用頻段，無需申請無線電使用許可，易于應用。
4) 路側天線設備覆蓋范圍大小可靈活設置，一個需要標識的路段只需安裝一臺天線設備，有效節省投資。
5) 路側天線設備設置在路邊或采用龍門架安裝方式置于路面上方，不需額外土建工程，節省建設安裝費用。
6) 系統采用不停車、高速自由流通過的路徑標識方式，在解決多義性路徑識別問題的同時不影響路網通行效率。
7) 路側天線設備與車載電子標簽的無線通信靈敏度高達-109dBm,通信距離0~300m。當車輛行駛速度在0 ~ 200km/h時，路側天線設備與車載電子標簽之間的通信穩定可靠，非常適合高速公路使用。
8) 桌面讀寫機具把IC卡讀寫功能和射頻通信功能融為一體，體積小、操作快捷便利。
9) 車載電子標簽、桌面讀寫機具都支持目前已經在交通收費行業廣泛使用的非接觸式邏輯加密卡等IC卡，使系統實施可以充分利用現有的收費模式和收費系統。
10) 車載電子標簽采用了休眠模式和工作模式在不同情況下相互轉換的機制，極大的降低了功耗。
11) 車載電子標簽體積小，成本低，易于大規模推廣應用。
2、設計原則
本系統遵循以下基本設計原則：
1) 規范性原則――設計應該遵循國際和國內標準規范及相關規定。
2) 安全性原則――所設計的系統，必須達到安全標準。
3) 方便用戶原則――開發的系統不僅能滿足業務需求，且具有較好的實用性；從用戶第一的角度進行設計，確保方便用戶使用。
4) 易于維護原則――系統采用模塊化設計，便于安裝、配置、維護和使用。
3、系統工作原理
高速公路RFID多義性路徑識別系統的主要工作流程如下：
車輛在路網內的移動主要包括三個階段：路網入口、路上行駛、路網出口，系統通過車載電子標簽、桌面讀寫機具和路側天線設備記錄車輛在每個階段的詳細路徑信息，精確計算出車輛應繳納的通行費金額并根據車輛行駛路徑對收取的通行費進行精確拆分帳，使路網收費和利益分配變得非常公平合理。
3.1 路網入口
3.2 路上行駛
如圖2所示，路側天線設備設置在路邊，持續對外播發所在路段的路徑標識碼信息。車載電子標簽隨車輛在路網內移動時，不斷檢測有無路側天線設備發出的路徑標識碼信息，如果有則接收路徑標識碼信息并順序保存在存儲單元中。
在系統應用軟件方面，則需要對入口信息寫入、出口路徑判斷與計費收費等功能模塊進行增設或改造，主要是增加新設備的接口模塊、對路徑信息進行采集和分析，并在原有數據庫中增加與路徑相關的數據字段等。
4.1 系統結構與信息流
收費員把電子標簽（OBU）放置在桌面雙頻讀卡器（ODU）上，ODU在車道軟件系統控制下對OBU進行發行處理，發行成功后，收費員把OBU交給車輛駕駛員。具體包括：
收費員把OBU放在雙頻讀卡器（ODU）的刷卡區內；
ODU在軟件系統控制下完成OBU初始化；
ODU在軟件系統控制下把OBU設置為工作模式；
ODU在軟件系統控制下把入口信息寫入OBU；
發行成功，系統記錄發行信息，形成流水；
收費員把OBU交給車輛駕駛員；
系統通過一定的機制和方式把入口流水上傳到數據中心。
4.3 路徑標識程序
路側天線（RSU）控制軟件通過無線網絡遠程設置RSU的路徑標識編碼，設置成功后，RSU進入持續廣播路徑標識碼信息的工作模式。
RSU設置程序如下：
RSU完成工程安裝后處于上電工作狀態，內置SIM卡處于有效狀態；
RSU控制軟件通過無線網絡遠程設置RSU的發射功率；
RSU控制軟件通過無線網絡遠程設置RSU的路徑標識碼；
RSU控制軟件通過無線網絡遠程設置RSU進入持續發送路徑標識碼信息工作模式；
車載電子標簽隨車輛在路網內移動時，不斷檢測有無路側天線發出的路徑標識碼信息，如果有則接收路徑標識碼信息并順序保存在存儲單元中。
4.4 出口車道收費程序
車輛駕駛員把OBU交給收費員，收費員把OBU放置在桌面讀卡器（ODU）上，ODU在車道軟件系統控制下與OBU進行信息交互，完成收費應用流程。
具體操作程序如下：
收費員把OBU放在讀卡器刷卡區內；
ODU在軟件系統控制下讀取OBU保存的入口信息；
ODU在軟件系統控制下讀取OBU保存的路徑信息；
ODU在軟件系統控制下完成清除OBU數據的操作；
ODU在軟件系統控制下把OBU設置為休眠模式；
收費系統進行計費處理，成功后形成交易流水；
系統通過一定的機制和方式把出口流水上傳到數據中心。
5、關鍵設備
高速公路RFID多義性路徑識別系統中采用的關鍵設備主要有車載電子標簽（OBU）、桌面讀寫機具（ODU）和路側天線設備（RSU）。
金溢科技為高速公路RFID多義性路徑識別系統提供全套關鍵設備，其中：
車載電子標簽――可選用金溢DC200型雙頻電子標簽（OBU）；
桌面讀寫機具――可選用金溢iSpeedy-K2型雙頻讀卡器（ODU）；
路側天線設備――可選用金溢Sharp-T10型信標基站（RSU）。
上述產品完全滿足既定的技術指標和多義性路徑識別系統的實際需要。
5.1 Sharp-T10型信標基站（RSU）
5.1.1 簡介
在路網出口，設備連接與圖1相同。桌面讀寫機具在計算機控制下以無線通信方式讀取車載電子標簽保存的車輛入口信息和路徑信息，并把相關信息發送到計算機系統，系統將根據這些信息計算收費金額和拆分帳。
4、系統設計與實現
高速公路RFID多義性路徑識別系統與現有的電子收費模式兼容，可通過對現有的IC卡收費系統的改造和升級來實現，顯著節省投資。由于現有的IC卡收費系統已有眾多成熟方案，因此，本章的描述重點集中在如何進行系統升級改造方面。
RFID多義性車道系統具備了一般人工/電子收費車道系統的功能，包括數據采集、收費、車道設備控制、信息保存、設備檢測、工班管理等正常車道管理功能，也可對各種特殊情況自動作出判斷和處理。
不同的是，需要把普通的車載IC卡換成同時具備433MHz無線通信功能和IC卡功能的電子標簽；并把普通的IC卡讀寫器更換成同時具備433MHz無線通信功能和IC卡讀寫功能的雙頻讀卡器，另外，需要在各個路段分別設置具有433MHz無線通信功能、可獨立工作的路側天線設備。
Sharp-T10型信標基站是一款專門設計定位于高速公路路徑識別、移動物體定位、無線自動識別、物資管理智能化等應用領域的RFID射頻基站天線讀寫設備，能夠用來與符合國際主流433M、900M等ISM頻段的RFID通信系統制式的電子標簽進行實時雙向通信，用以遠程讀取電子標簽的信息，以及向電子標簽安全寫入保密數據。
Sharp-T10型信標基站的主要功能模塊組成部件包括電源模塊、遠程控制模塊（GSM或CDMA）、主控制器、RF模塊、功率放大器和天線等。RSU的安裝一般在固定的場所，例如在高速公路多義性路徑應用場合中，可架設在高速公路沿線的適當地點，連續對外發送所在路段的識別碼，實現車輛通過高速公路不同路段時的自動標識。
5.1.2 產品特點
5.2 iSpeedy-K2型雙頻讀卡器（ODU）
5.2.1 簡介
iSpeedy-K2型雙頻讀卡器是一款專門設計定位于高速公路路徑識別、無線自動識別、物資管理智能化等應用領域的讀寫設備，一般包括RFID讀寫模塊和IC卡讀寫模塊兩個主要部分。能夠用來與符合國際主流433M、900M等ISM頻段的RFID通信系統制式的電子標簽進行實時雙向通信，也能夠用來讀寫MIFARE I非接觸式邏輯加密卡、MIFARE PRO及PRO-X系列雙界面CPU卡以及DESFIRE卡片。ODU一般放置在桌面進行操作。例如在高速公路多義性路徑應用場合中，ODU放置在收費亭內，實現對雙頻電子標簽的讀寫操作。
金溢科技的高速公路RFID多義性路徑識別系統綜合了射頻識別技術和IC卡技術的優點，采用無線路徑自動標識方式精確記錄車輛在路網內的行駛路徑，有效解決了路網收費系統多義性路徑識別問題，能同時實現路網收費應用功能和多義性路徑識別應用功能。
本系統由車載電子標簽（OBU）、桌面讀寫機具（ODU）和路側天線設備（RSU）組成。其中，車載電子標簽由微處理器、存儲單元、射頻模塊、天線單元、高能電池、IC卡等構成，具有433MHz無線通信功能和IC卡功能。桌面讀寫機具由微處理器、射頻模塊、天線單元、IC卡讀寫模塊、IC卡讀寫天線、上位機通信模塊、電源等組成，具有433MHz無線通信功能和IC卡讀寫功能。路側天線設備由微處理器、射頻模塊、功率放大器、天線單元、遠程控制模塊、電源模塊組成，具有433MHz無線通信功能。
整個系統具有通信距離遠、靈敏度高、可靠性高、成本低的優勢，此外，系統工作流程與現有電子收費模式兼容，可通過對現有IC卡收費系統的升級來實現，顯著節省投資。
本系統方案的優點具體表現在以下方面：
1) 綜合射頻識別技術和IC卡技術的優點，能精確記錄車輛行駛路徑并且使系統工作流程與現有收費模式兼容，非常適合存在多義性路徑的復雜路網收費。
2) 本系統的實施可通過在現有IC卡收費系統基礎上平滑升級來實現，并可與IC卡同時在路網內混合使用，有效保護原有投資。
3) 本系統采用了433MHz無線鏈路進行通信，具有通信距離遠、饒過障礙物能力強的特點，且屬于公用頻段，無需申請無線電使用許可，易于應用。
4) 路側天線設備覆蓋范圍大小可靈活設置，一個需要標識的路段只需安裝一臺天線設備，有效節省投資。
5) 路側天線設備設置在路邊或采用龍門架安裝方式置于路面上方，不需額外土建工程，節省建設安裝費用。
6) 系統采用不停車、高速自由流通過的路徑標識方式，在解決多義性路徑識別問題的同時不影響路網通行效率。
7) 路側天線設備與車載電子標簽的無線通信靈敏度高達-109dBm,通信距離0~300m。當車輛行駛速度在0 ~ 200km/h時，路側天線設備與車載電子標簽之間的通信穩定可靠，非常適合高速公路使用。
8) 桌面讀寫機具把IC卡讀寫功能和射頻通信功能融為一體，體積小、操作快捷便利。
9) 車載電子標簽、桌面讀寫機具都支持目前已經在交通收費行業廣泛使用的非接觸式邏輯加密卡等IC卡，使系統實施可以充分利用現有的收費模式和收費系統。
10) 車載電子標簽采用了休眠模式和工作模式在不同情況下相互轉換的機制，極大的降低了功耗。
11) 車載電子標簽體積小，成本低，易于大規模推廣應用。
2、設計原則
本系統遵循以下基本設計原則：
1) 規范性原則――設計應該遵循國際和國內標準規范及相關規定。
2) 安全性原則――所設計的系統，必須達到安全標準。
3) 方便用戶原則――開發的系統不僅能滿足業務需求，且具有較好的實用性；從用戶第一的角度進行設計，確保方便用戶使用。
4) 易于維護原則――系統采用模塊化設計，便于安裝、配置、維護和使用。
3、系統工作原理
高速公路RFID多義性路徑識別系統的主要工作流程如下：
車輛在路網內的移動主要包括三個階段：路網入口、路上行駛、路網出口，系統通過車載電子標簽、桌面讀寫機具和路側天線設備記錄車輛在每個階段的詳細路徑信息，精確計算出車輛應繳納的通行費金額并根據車輛行駛路徑對收取的通行費進行精確拆分帳，使路網收費和利益分配變得非常公平合理。
3.1 路網入口
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3.2 路上行駛
如圖2所示，路側天線設備設置在路邊，持續對外播發所在路段的路徑標識碼信息。車載電子標簽隨車輛在路網內移動時，不斷檢測有無路側天線設備發出的路徑標識碼信息，如果有則接收路徑標識碼信息并順序保存在存儲單元中。
在系統應用軟件方面，則需要對入口信息寫入、出口路徑判斷與計費收費等功能模塊進行增設或改造，主要是增加新設備的接口模塊、對路徑信息進行采集和分析，并在原有數據庫中增加與路徑相關的數據字段等。
4.1 系統結構與信息流
收費員把電子標簽（OBU）放置在桌面雙頻讀卡器（ODU）上，ODU在車道軟件系統控制下對OBU進行發行處理，發行成功后，收費員把OBU交給車輛駕駛員。具體包括：
收費員把OBU放在雙頻讀卡器（ODU）的刷卡區內；
ODU在軟件系統控制下完成OBU初始化；
ODU在軟件系統控制下把OBU設置為工作模式；
ODU在軟件系統控制下把入口信息寫入OBU；
發行成功，系統記錄發行信息，形成流水；
收費員把OBU交給車輛駕駛員；
系統通過一定的機制和方式把入口流水上傳到數據中心。
4.3 路徑標識程序
路側天線（RSU）控制軟件通過無線網絡遠程設置RSU的路徑標識編碼，設置成功后，RSU進入持續廣播路徑標識碼信息的工作模式。
RSU設置程序如下：
RSU完成工程安裝后處于上電工作狀態，內置SIM卡處于有效狀態；
RSU控制軟件通過無線網絡遠程設置RSU的發射功率；
RSU控制軟件通過無線網絡遠程設置RSU的路徑標識碼；
RSU控制軟件通過無線網絡遠程設置RSU進入持續發送路徑標識碼信息工作模式；
車載電子標簽隨車輛在路網內移動時，不斷檢測有無路側天線發出的路徑標識碼信息，如果有則接收路徑標識碼信息并順序保存在存儲單元中。
4.4 出口車道收費程序
車輛駕駛員把OBU交給收費員，收費員把OBU放置在桌面讀卡器（ODU）上，ODU在車道軟件系統控制下與OBU進行信息交互，完成收費應用流程。
具體操作程序如下：
收費員把OBU放在讀卡器刷卡區內；
ODU在軟件系統控制下讀取OBU保存的入口信息；
ODU在軟件系統控制下讀取OBU保存的路徑信息；
ODU在軟件系統控制下完成清除OBU數據的操作；
ODU在軟件系統控制下把OBU設置為休眠模式；
收費系統進行計費處理，成功后形成交易流水；
系統通過一定的機制和方式把出口流水上傳到數據中心。
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5、關鍵設備
高速公路RFID多義性路徑識別系統中采用的關鍵設備主要有車載電子標簽（OBU）、桌面讀寫機具（ODU）和路側天線設備（RSU）。
金溢科技為高速公路RFID多義性路徑識別系統提供全套關鍵設備，其中：
車載電子標簽――可選用金溢DC200型雙頻電子標簽（OBU）；
桌面讀寫機具――可選用金溢iSpeedy-K2型雙頻讀卡器（ODU）；
路側天線設備――可選用金溢Sharp-T10型信標基站（RSU）。
上述產品完全滿足既定的技術指標和多義性路徑識別系統的實際需要。
5.1 Sharp-T10型信標基站（RSU）
5.1.1 簡介
在路網出口，設備連接與圖1相同。桌面讀寫機具在計算機控制下以無線通信方式讀取車載電子標簽保存的車輛入口信息和路徑信息，并把相關信息發送到計算機系統，系統將根據這些信息計算收費金額和拆分帳。
4、系統設計與實現
高速公路RFID多義性路徑識別系統與現有的電子收費模式兼容，可通過對現有的IC卡收費系統的改造和升級來實現，顯著節省投資。由于現有的IC卡收費系統已有眾多成熟方案，因此，本章的描述重點集中在如何進行系統升級改造方面。
RFID多義性車道系統具備了一般人工/電子收費車道系統的功能，包括數據采集、收費、車道設備控制、信息保存、設備檢測、工班管理等正常車道管理功能，也可對各種特殊情況自動作出判斷和處理。
不同的是，需要把普通的車載IC卡換成同時具備433MHz無線通信功能和IC卡功能的電子標簽；并把普通的IC卡讀寫器更換成同時具備433MHz無線通信功能和IC卡讀寫功能的雙頻讀卡器，另外，需要在各個路段分別設置具有433MHz無線通信功能、可獨立工作的路側天線設備。
Sharp-T10型信標基站是一款專門設計定位于高速公路路徑識別、移動物體定位、無線自動識別、物資管理智能化等應用領域的RFID射頻基站天線讀寫設備，能夠用來與符合國際主流433M、900M等ISM頻段的RFID通信系統制式的電子標簽進行實時雙向通信，用以遠程讀取電子標簽的信息，以及向電子標簽安全寫入保密數據。
Sharp-T10型信標基站的主要功能模塊組成部件包括電源模塊、遠程控制模塊（GSM或CDMA）、主控制器、RF模塊、功率放大器和天線等。RSU的安裝一般在固定的場所，例如在高速公路多義性路徑應用場合中，可架設在高速公路沿線的適當地點，連續對外發送所在路段的識別碼，實現車輛通過高速公路不同路段時的自動標識。
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5.1.2 產品特點
5.2 iSpeedy-K2型雙頻讀卡器（ODU）
5.2.1 簡介
iSpeedy-K2型雙頻讀卡器是一款專門設計定位于高速公路路徑識別、無線自動識別、物資管理智能化等應用領域的讀寫設備，一般包括RFID讀寫模塊和IC卡讀寫模塊兩個主要部分。能夠用來與符合國際主流433M、900M等ISM頻段的RFID通信系統制式的電子標簽進行實時雙向通信，也能夠用來讀寫MIFARE I非接觸式邏輯加密卡、MIFARE PRO及PRO-X系列雙界面CPU卡以及DESFIRE卡片。ODU一般放置在桌面進行操作。例如在高速公路多義性路徑應用場合中，ODU放置在收費亭內，實現對雙頻電子標簽的讀寫操作。
